關于某小區(qū)地下車庫電動汽車充電樁配電系統(tǒng)設計研究

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:根據(jù)實例，結(jié)合目前地區(qū)對于新能源汽車發(fā)展規(guī)劃及政策，分析小區(qū)地下室電動汽車充電樁設計的合理性、實用性和前瞻性，探索住宅地下車庫充電樁設計所需要注意的一些問題。

關鍵詞:住宅小區(qū)地下車庫；新能源汽車；自用交流充電樁；配電系統(tǒng)；配電規(guī)劃

0引言

新能源汽車包括插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車，我國目前發(fā)展的新能源汽車主要以前兩種為主。新能源汽車的快速大量發(fā)展，要求相應配套的基礎設施———電動汽車充電樁大量建設?！秶鴦赵恨k公廳關于加快新能源汽車的推廣應用的指導意見》提出以住宅居住地、駐車停車位配套充電設施建設為主，城市公共停車位配套建設充電設施為輔的要求。《福建省人民關于加快新能源汽車推廣應用八條措施》、《福建省電動汽車充電基礎設施建設運營管理暫行辦法》提出“樁站先行"，要求新建住宅配建停車位應100%建設充電設施或預留建設安裝條件，且已建設充電設施的非固定產(chǎn)權停車泊位不應低于總車位的20%。因此，新建住宅小區(qū)地下車庫充電樁規(guī)劃、設計成為民用建筑電氣設計內(nèi)容的一個重要的環(huán)節(jié)。

1住宅小區(qū)配置的充電樁以及設置技術要求

交流電動汽車充電樁是為電動汽車車載充電機提供交流電源的裝置，交流充電樁供電電源應采用220V交流電壓，額定電流不應大于32A，宜采用放射式供電。家用充電樁產(chǎn)品主要有額定輸出電流為16A、32A兩種，即輸出功率為3.5kW、7kW。交流充電樁應具有為電動汽車車載充電機提供安全可靠的交流電源的能力，能顯示充電狀態(tài)、電量和計費等信息，具備急停開關，可以使用該裝置緊急切斷輸出電源；具備過負荷、短路和漏電保護功能，自檢及故障報警功能；充電異常時具有自切斷功能；具備組成監(jiān)控管理系統(tǒng)的通訊能力。交流充電樁的電源進線宜采用阻燃電纜及電纜護管,并應安裝具有漏電保護功能的空氣開關；多臺交流充電樁的電源接線應考慮供電電源的三相平衡；交流充電樁的保護接地端子應可靠接地；應該具備配套設置環(huán)境的自身防護功能。

交流充電樁的低壓配電接地系統(tǒng)宜采用TN-S系統(tǒng)；低壓進出線斷路器宜具有短路瞬時、短路短延時、短路長延時和接地保護功能，宜設分勵脫扣裝置，不宜設置失壓脫扣裝置或低壓脫扣裝置。充電樁配電系統(tǒng)設計還應該滿足《建筑設計防火規(guī)范》、《低壓配電設計規(guī)范》等各民用建筑電氣設計規(guī)范。

2某大型小區(qū)地下車庫充電樁的配電設計

2.1項目情況及設計規(guī)劃

該項目為福建省某市一個較大型的住宅區(qū)，建筑面積約34萬㎡，地下車庫設計車位數(shù)為2265個，按《福建省電動汽車充電基礎設施建設運營管理暫行辦法》以及當?shù)匾?guī)劃部門要求，當?shù)匦陆ㄗ≌^(qū)先期按20%車位數(shù)建設電動汽車充電設施，遠期逐步建設，需預留100%車位數(shù)充電設施的建設條件?？紤]到小區(qū)建設周期較短，結(jié)合目前當?shù)匦履茉雌嚢l(fā)展情況以及近期發(fā)展規(guī)劃，如果直接獨立建設小區(qū)充電樁供電的變配電所，設置20%車位數(shù)的充電樁,不可避免地會帶來建設設施的閑置。因此，把先期20%車位數(shù)的充電樁電源連接至住宅變電所，適當提高分布在小區(qū)的5個住宅變電所容量。把先期20%車位數(shù)的電動汽車充電樁分步建設，按需設置。同時在小區(qū)相對位置預留一個獨立變配電室,用于將來100%建設充電樁的電源[1]

2.2充電樁所需輸入總?cè)萘亢怂?/p>

先期建設的20%停車位數(shù)的充電樁數(shù)量為453個充電樁。

單個充電樁輸入容量:

式中:P———單臺交流充電樁的輸出功率；S———單臺交流充電樁的輸入容量；cosφ———交流充電樁功率因素，取0.9；η———交流充電樁效率98%（+車載充電機效率90%）效率，取0.88（參照南方電網(wǎng)公司標準）。小區(qū)先期20%停車位數(shù)的充電樁所需總?cè)萘浚ɡ硐霠顩r，注3）:

小區(qū)遠期100%停車位數(shù)的充電樁所需總?cè)萘浚ɡ硐霠顩r，注3）:

式中:P1～n為各臺交流充電樁的輸出功率；SΣ為交流充電樁的輸入總?cè)萘浚籧osφ為交流充電樁功率因素，取0.9；η為交流充電樁效率（車載充電機），交流充電樁效率98%（+車載充電機效率90%）效率，取0.88（參照南方電網(wǎng)公司標準）；K1為交流充電樁同時工作系數(shù)，取0.6（見注1）；K2為交流充電樁同時工作系數(shù)，取0.35（見注2）。

注1:按目前市面純電動汽車，充一次電行駛里程150～250km，按某市規(guī)模，人均用車里程約為50km/d，3～5d充一次電，453個充電樁同時充電概率為33%～20%?？紤]到先期建設的453車位均分到5個住宅變電所，每個變電所提供約90個充電樁負荷容量，因此取同時系數(shù)為0.6。

注2:按目前市面純電動汽車，充一次電行駛里程150～250km，按某市規(guī)模，人均用車里程約為50km/天，3～5d充一次電，2265個充電樁同時充電概率為33%～20%。遠期規(guī)劃一個充電樁變電配電室供電，考慮到電池技術的進步以及使用電動汽車的概率，因此取同時系數(shù)為0.35。

注3:在計算充電樁配電所需輸入容量是以理想的交流充電樁所能提供的輸出功率為基礎。實際使用中，普通家用電動汽車車載充電機的輸入功率要比交流充電樁所提供的輸出功率要小，因此實際所需的輸入容量應該比理想計算值要小。

2.3先期配置20%車位數(shù)充電樁的配電

按預設計，平均每個住宅變電所提供90～100個充電樁供電負荷，總負荷約480kVA。按地下室規(guī)劃，每個變電所提供地下車庫4～5個防火分區(qū)的車位，每個防火分區(qū)20～30個充電樁（根據(jù)不同防火分區(qū)停車位數(shù)量不同）。

2.4遠期100%配置充電樁的配電規(guī)劃

根據(jù)前面負荷計算，充電樁變電所預計規(guī)劃設計8臺800kVA變壓器(理想狀況)。同理，在應用中應考慮實際使用情況，后期容量配置建議根據(jù)先期20%數(shù)量的充電樁運行情況，包括電動汽車車載充電機的技術、電池技、充電樁監(jiān)測管理技術，為后期100%車位數(shù)的充電樁如何計算提供參考數(shù)據(jù)，結(jié)合實際應用參數(shù)來規(guī)劃遠期充電樁負荷容量配置。

電動汽車的發(fā)展不是臺階性的，而應該是曲線增加，根據(jù)這種情況，預留的充電樁電源變壓器可以考慮以逐臺安裝，梯階容量配置。

3地下車庫充電樁設計幾個需要注意的問題

大多自用電動汽車在夜間充電，電動汽車充電樁接入住宅供電網(wǎng)絡，增大了住宅供電的負荷。而且充電設備是非線性負載，大量的電動汽車充電樁的接入，不可避免地產(chǎn)生諧波，對住宅用電用戶甚至供電網(wǎng)絡產(chǎn)生影響。在設計中應對設備接入點，接入數(shù)量以及運營管理綜合考慮，避免影響正常住宅用電使用功能。

本工程中，先期20%車位數(shù)充電樁的配電引自各個住宅變電所，可以根據(jù)運營實測情況考慮在配電總控箱增設末端有源濾波裝置，防止諧波影響其他低壓用戶。另一方面，電動汽車使用和充電時間特性對住宅供電網(wǎng)絡有填谷功能，一定程度上改善了住宅小區(qū)內(nèi)的電力負荷曲線，提高了供電網(wǎng)絡的經(jīng)濟效益，又能達到環(huán)保目的[3]。

住宅地下車庫內(nèi)充電樁設置，應優(yōu)先考慮靠墻車位，壁掛式充電機安裝高度應該適當提高，或者結(jié)合業(yè)主需求，避免設置不合理。非靠墻車位，應優(yōu)先考慮明裝在柱子上，應該避免影響消防栓等其他重要功能設施。中間無法安裝壁掛式充電樁的車位,可以考慮一樁兩充，或者一樁三充、四充的充電樁，這樣避免大量充電樁占據(jù)位置，影響車位的正常使用。

住宅小區(qū)地下車庫人防區(qū)內(nèi)的設置，應該符合人防的相關規(guī)范。壁掛的充電樁在人防防護墻上應該避免開洞等其他破壞人防防護結(jié)構(gòu)的措施。人防區(qū)內(nèi)設置的相應的配電、充電樁設施，應該提前規(guī)劃設計，施工預留好孔洞。穿越人防防護結(jié)構(gòu)墻體的線纜應該提前設計規(guī)劃,預埋好穿套管等，做好防護密閉等措施，防止后期建設破壞人防建設設施和防護結(jié)構(gòu)。住宅小區(qū)地下車庫安裝大量電動汽車充電樁需要注意消防安全等問題，設計中應該嚴格選擇符合標準的充電樁設備、電氣設備。

4.安科瑞充電樁收費運營云平臺

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

4.4.6基礎數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設置，同時可接收故障推送

4.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)語

對某大型小區(qū)地下車庫充電樁配電設計方案綜合考慮設計，作了現(xiàn)實發(fā)展和實用性能的配電規(guī)劃。先期的20%的充電樁電源連接至住宅供電電源。遠期100%充電樁電源，預留獨立的配電室，既減輕了甲方前期在經(jīng)濟上的超前投入，以免造成的資源的閑置占用和浪費，也考慮了短期實際使用需求。新能源汽車發(fā)展是一個循序漸進的過程，人為超前地制定經(jīng)濟發(fā)展的規(guī)劃，一方面體現(xiàn)了決心和執(zhí)行能力，另一方面也帶來了一些弊端，造成國民經(jīng)濟的超前投入和資源浪費。因此，結(jié)合設計中一個簡單的應用實例，期望為經(jīng)濟、環(huán)境、節(jié)能的綜合發(fā)展應用做出努力，探討電動汽車充電樁配電設計，供同行參考。

參考文獻:

[1]雷黎，劉權彬.電動汽車使用對電網(wǎng)負荷曲線的影響初探[J].電機技術，2000(1):37-39

[2]徐挺挺.電動汽車充電站的諧波治理[J].上海電力，2011(3):49-50

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.5版

[4]池強穩(wěn).某大型小區(qū)地下車庫電動汽車充電樁配電設計探討